Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ обнаружить дефекты деталей самолета размером в 50 микрон

    Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Александра Карабутова разработала уникальный отечественный прибор лазерно-ультразвуковой диагностики материалов, способный обнаружить мельчайшие внутренние дефекты с точностью до сотых миллиметра. Применение разработки в производстве и эксплуатации авиатехники поднимет на новый уровень ее качественные характеристики и надежность.



    Развитие техники связано с ростом механических и тепловых нагрузок на наиболее ответственные силовые элементы конструкции и требует использования новых стратегических материалов, таких, как композиты и аддитивные покрытия. Эти материалы уникальны по прочности и легкости, но структурно неоднородны, поэтому развитие критического разрушения в них происходит стремительнее, чем в традиционных металлах.

    Мельчайшие поры и дефекты в деталях авиационных механизмов при воздействии совокупности переменных напряжений в воздухе могут превратиться в магистральную – то есть по размерам сравнимую с функциональными частями самолета – трещину, и стать причиной катастрофы. Для предотвращения разрушений наиболее значимые узлы лайнера должны проходить трехмерную экспертизу внутренней структуры, которая обнаружит дефектные очаги на самой ранней стадии.
    «Научный коллектив новой лаборатории НИТУ «МИСиС», созданной в 2015 году в рамках программы повышения конкурентоспособности, под руководством доктора физико-математических наук, профессора Александра Карабутова представил новую, не имеющую мировых аналогов, технологию лазерно-ультразвуковой структуроскопии с уникальными возможностями для 3D-контроля материалов, деталей и изделий авиационной техники», – сообщила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
    Лазерно-ультразвуковой структуроскоп, разработанный в НИТУ «МИСиС», обладает повышенным пространственным разрешением (50 микрон) при сохранении большой глубины зондирования (до 40 мм) и позволяет характеризовать дефекты по их механическим характеристикам и форме, получая фактически 3D-модель детали.



    По словам руководителя проекта, профессора Александра Карабутова,
    «в отличие от традиционного УЗИ, в лазерно-ультразвуковой структуроскопии для создания зондирующих импульсов используется лазер, а для регистрации эхо-сигналов – сверхширокополосные пьезоприемники. Это позволяет повысить в 6-10 раз пространственное разрешение УЗ-контроля, а также его чувствительность, получать количественную информацию о состоянии материала – упругих модулях, пористости, напряженных состояниях, различать жесткие и мягкие неоднородности. Измерения могут быть автоматизированы, что повышает достоверность контроля».
    Ультразвуковой пучок, создаваемый лазерным импульсом, обладает рядом уникальных характеристик, которые практически невозможно реализовать традиционными средствами – «сверхкороткие» импульсы, сохранение четкой формы сигнала, узкий ультразвуковой пучок без боковых помех. Это позволяет проводить контроль деталей в условиях, когда другие методы неэффективны, например, обнаружить и различить расслоение между каждым последовательным слоем композитного материала.

    Опытный прототип разработанной автоматизированной системы неразрушающего контроля успешно опробован для контроля углепластиковых кессонов крыла нового российского ближне-среднемагистрального пассажирского лайнера, в том числе и при нагрузочных испытаниях.

    Первая партия инновационных лазерно-ультразвуковых дефектоскопов уже запущена в мелкосерийное производство и планируется к применению в отечественной авиакосмической промышленности.

    Профессор Александр Карабутов – заведующий лабораторией «Лазерно-ультразвуковая диагностика структуры и свойств горных пород и гетерогенных конструкционных материалов» НИТУ «МИСиС», победитель открытого международного конкурса на получение грантов НИТУ «МИСиС». Область научных интересов: мощные акустические пучки, самовоздействие разрывных волн, самофокусировка ультразвуковых пучков, лазерная оптоакустика, лазерно-ультразвуковая спектроскопия и томография.
    НИТУ «МИСиС»
    Номер один в России по материаловедению

    Комментарии 44

      0
      После этой партии, государство скажет: «Молодцы!», купит полтора экземпляра и все, поддерживать не будет. А через год эту технологию будут использовать в Боингах каких-нибудь. Часто так происходит :(
        +5
        Если устройство действительно так хорошо, то условный Боинг ее и купит с радостью. Зачем на государство-то траты вешать?
          +1
          Я про патенты, технологии и мозги. Не найдя поддержки в своей стране, а ведь этот прибор по большому счету нужен для аэрокосмической отрасли, которой управляет государство — люди ищут поддержки в другом месте.
            +4
            Почему только для аэрокосмической? Научники свои железяки тоже любят тестировать. Какая-то там детектирующая головка для квазипараллельного стелларатора стоит иногда подороже пуска ракеты в космос. Делали для себя, толкнули в авиаотрасль (хотя ещё вопрос — взлетит ли). Под Питером, в шахтах делают оптические линейки с нанометровым разрешением. Технология производства копеечная. Но купить нельзя. Я пробовал.
            Кто виноват?
              +4
              А можете подробнее рассказать про линейки?
                +1
                да пажалста. это осталось после выставки году эдак в 13м, видел, трогал, рассказывали.
                http://i.fa9.ru/JQR393.jpg
                http://i.fa9.ru/JQR4WH.jpg
                  +1
                  http://old.spbvedomosti.ru/print.htm?id=10284678@SV_Articles газетная вырезка 12го года по этому поводу.
                    0
                    Очень интересно. Спасибо за ссылки.
              0
              Даже если устройство так хорошо и окажется точнее зарубежных аналогов, то ещё не факт что оно окажется нужным условному Боингу. Необходимо что б оно было конкурентным по цене и что б эта повышенная точность была необходима и давала какие-то приимущества. Может текущие дефектоскопы хоть и хуже по ТТХ, всё ещё сильно заранее обнаруживают зараждающиеся проблемы.
              0
              Не каркай.
                –1
                Опять кровавый режим виноват?
                Государство профинансировало разработку и профинансирует закупку количества, необходимого для государственных нужд. А дальнейшая коммерциализация продукта — получение прав на него, производство, маркетинг, сбыт — это уже дело частного бизнеса, к коему относят себя все граждане, кроме тех, что протирают штаны за зарплату.
                Разве у вас в пиндостане подобные разработки государство поддерживает от разработки до стадии массового производства?
                  +1
                  Не понял, что плохого в том, чтобы продавать приборы заграничным заказчикам, которым они нужны? В развитых странах экспорт высокотехнологичной продукции является основным источником доходов.
                    +2
                    Запросто. А потом будут его показывать «под разными углами» и создавать ощущение эдакой массовости применения. По аналогии с пожарными самолетами МЧС ИЛ-76, которые тушат пожары и в Сибири, и на Балканах, и ещё где-то и кажется, что леса в надежных руках. Но оказывается, такой самолет всего один, и даже для Сибири это капля в море. А сейчас так и вообще 0.
                    –1
                    Что приятно удивительно — так это то, что есть ещё не уехавшие люди, которые двигают подобные разработки. Огорчает только несколько моментов, судя по жизненному опыту:

                    1. Не уехавшие — это ненадолго;
                    2. В Отечестве данная разработка никому не нужна, т.к. не умеет качать нефть и газ, а также валить деревья и отвозить их китайцам.

                    Но за талантливые умы — всегда радостно, хорошо, что есть люди, которые творят, несмотря ни на что, зачастую — вопреки. Удачи им на их творческом пути!
                      0
                      Конечно же не нужна! Ведь у нас не производят самолеты и вертолеты, ни гражданские, ни военные. /сарказм
                        +1
                        Полетайте на наших ЯКах, например (каждый раз молюсь, чтобы не его на рейс поставили). А потом попробуйте найти там деталь, для которой нужна точность выше +-метра /sarcasm
                        Производят, конечно, вот только надобность в их производстве такой точности пока не наблюдалась
                          0
                          Видимо в вашем представлении самолет это такой планер с пропеллером, который педалями крутят.
                            –2
                            А Вы полетайте на SSJ-100.
                              +1
                              Як по статистике один из самых надежных самолетов, за последние годы ни каких происшествий.
                              Он даже террористам не интересен, маленький и летает локально, местечковое происшествие им не нужно, и в другую страну не угнать.
                              Турбины балансируют до микрометров, точно такая же точность, как и у больших самолетов, иначе в разнос всё пойдет.
                                +1
                                Там был легко уловимый сарказм, я даже тэг закрыл. На самом деле, учитывая все количество самолетных аварий, можно смело называть «одним из самых надежных» почти любой другой. Но дай лично мне кто выбор — я бы лучше на кукурузнике полетел
                              +1
                              Не нужна, предлагаю вам подумать, почему. Если думать — сложно, подскажу: у нас до сих пор производят жигули-классику. Не надо там микрон — кувалда + такая-то матерь — и достаточно. А все более-менее современные разработки, типа SSJ-100 — поинтересуйтесь, сколько там чисто российских технологий и производственных циклов. SSJ-100 — не наш самолёт, если уж откровенно: он совместный.

                              Так что да — не производят у нас ничего современного. Можно минусовать, если это каким-то магическим образом повышает самооценку и помогает закрывать глаза на текущее положение дел.
                              +1
                              Уважаемый, что за пургу вы несёте. Вы вообще в расчёт не берёте, что люди могут работать на благо себя и своей страны? Всё вам куда-то бежать…
                                –2
                                На данный момент это единственный коментарий от данного пользователя… + он о том, как плохо в Россиюшке. Впрочем, ничего нового.
                                  +5

                                  По такой логике родившийся в селе Кукуево будущий Эйнштейн должен был бы провести всю жизнь в этом селе дабы трудиться на благо своей маленькой родины, даже если остальным житиелям села это по большому счёту не нужно.

                                    +1
                                    Почему не беру в расчёт? Вполне себе беру, и очень рад, что есть такие люди. Но! Будущее всё расставит по местам, я думаю. И почему-то мне кажется, что, как было много раз до этого, интерес к авторам разработки быстрее проявится не в России. Никому не навязываю своё мнение, наоборот — подчеркнул, что приятно, что такие люди есть в России, но вам захотелось увидеть именно негатив, почему-то. Это как бы намекает.
                                    +2
                                    А вам не кажется, что если люди уезжают, значит на то есть причины. Так, может быть, так лучше?
                                    +2
                                    Держите нас в курсе, напишите когда эта разработка внедрится в производство, мы вместе тогда еще раз порадуемся.
                                      –4
                                      Самолёты размером в 50 микрон?
                                        +1
                                        Ну, хорошо если так. Новость сама по себе великолепная, но я к сожалению много плохого слышал про науку применительно именно к МИСиС. Надеюсь что то что написано — это не просто слова и за ними нет никаких неприятных умолчаний.
                                          +1
                                          Этот же Карабутов так же заведует лабораторией лазерной оптоакустики на ФизФаке МГУ.
                                            +2
                                            А это как раз и есть часть того неприятного что я про МИСиС слышал. Гранты на исследования получает МИСиС, а затем за 10% от их изначальной стоимости передоверяет их делать нормальным специалистам. Вторая же половина проблемы состоит в том что МИСиС интересует при этом лишь формальный отчет для закрытия гранта, а что именно там будет написано их особо не интересует, в силу чего когда поджимают сроки, возникли проблемы или не нашлось исполнителя в отчет идет любой бред.
                                              +2

                                              Хотелось бы немного пояснить. Гранты на исследования разыгрывает МИСиС, проф. Карабутов выиграл грант на создание лаборатории в МИСиС, где по условиям гранта должен проводить исследования, которые найдут свое отражение в научных статьях лучших журналов своего направления. А вот вопрос — почему он подал заявку на грант в МИСиС остается открытым. Возможно, в МГУ нет должного финансирования его исследований, может другие причины, к сожалению об этом нам не известно.

                                                0
                                                А из каких средств МИСиС оплачивает свои гранты?
                                                  0

                                                  Из программы ТОП5-100, МИСиС наряду с 20 университетами участвует в этой программе, в рамках этой программы был выигран грант проф. Карабутовым на создание лаборатории.
                                                  Подробно о программе можно почитать на сайте ТОП5-100 и о проектах МИСиС в рамках этой программы


                                                  21 российский университет – участник Проекта и победитель конкурса отбора на предоставление государственной поддержки. Университеты – участники Проекта отчитываются о выполнении своих программ повышения конкурентоспособности перед международным Советом и Министерством образования и науки Российской Федерации. Важными условиями предоставления университетам субсидии является выполнение ими планов мероприятий «дорожных карт», в том числе вхождение в мировые рейтинги университетов, а также обеспечение университетами софинансирования из внебюджетных средств.
                                                    0
                                                    Ну то есть все-таки получается что МИСиС получает деньги от правительства, затем за эти деньги фактическую работу выполняют специалисты других ВУЗов, а в итоге результат подается как достижение МИСиС?

                                                    Мне не совсем понятно между заказчиком (государством) и исполнителем (профессором Кабарабутовым из МГУ) нужен посредник в лице МИСиСа. Какова его функция?
                                                      0

                                                      Ну так вы посмотрите программу ТОП5-100 для чего она нужна, ведь войти в список 21 ВУЗа, это тоже трудоемкий процесс. Далеко не все университеты могут туда попасть. МИСиС отчитывается о выполнении индикаторов перед МИНОБРом за расходование средств. У нас есть несколько программ, по которым МИСиС исполняет индикаторы программы ТОП5-100. Если рассматривать в рамках гранта проф. Карабутова, то он подал заявку, чтобы создать лабораторию и достичь определенные результаты в МИСиС, он мог податься на грант в любой другой вуз участвующий в этой программе. Также не мало важен факт наличия коллектива МИСиС, который приглашает ведущего ученого для создания лаборатории в МИСиС, таким образов проф. Карабутов поднимает уровень компетенции и коллектива и университета в целом, на это и рассчитана программа ТОП100


                                                      Просто так МИНОБР не даст деньги профессору на создание лаборатории. Только в рамках установленной программы и этой программой стал ТОП5-100. Ведь есть еще множество других грантов ФЦП, Мегагрант, РФФИ, РНФ. Для сильных ученых они всегда доступны.

                                          0
                                          Я так понимаю, что этот метод дефектоскопии применим для композитов, не сказано о металлах. Вот если, например, говорить о применении в машиностроении/энергетике, то можно ли будет этим методом проверять сварные швы металлов, интересно?
                                            +2

                                            Ответ от проф. Черепецкой —


                                            Данный метод применим для металлов, сплавов, керамик и др. материалов. Более того, в рамках гранта РНФ, который получен в качестве софинансирования лаборатории и выполнения показателей разрабатывается к лазерно-ультразвуковому структуроскопу уникальная 32-канальная антенна, которая позволит видеть даже зерна в металлах размерами от 30 мкм в больших объемах. На малых объемах, это делает рентгеновская томография.

                                              +2
                                              «Применение разработки в производстве и эксплуатации авиатехники поднимет на новый уровень ее качественные характеристики и надежность»
                                              А нельзя ли попросить уважаемого профессора оставить в покое самолёты, где технологии не светит ничего хорошего, а заняться тем, что внедрить её крайне дешёвый вариант в обычных гаражных автомастерских, автосервисах, на стройках, СТО?
                                              Например, дешёвые лазерные нивелиры и дальномеры пользуются большой популярностью у всех строителей (а давно ли лазер был «высокими» технологиями?) — вот и здесь нужно повторить их успех — так, чтобы даже автолюбитель мог себе позволить иметь себе в гараже, в ящике с инструментами, для диагностики своих любимых драных жигулей их тормозов, шлангов, шин, детектор. Чтобы сварщик, газотепловодопроводчик мог иметь в кармане такую штучку, которой мог бы проверить только сваренный шов или поискать на внешне целой трубе металлической или нет, или на шланге зреющие свищи.
                                              А космосом и авиацией можно и после того как технология «взлетит» в деле починки примусов и сортиров, заняться.
                                                –1

                                                Если можно применять для металлов, то попробуйте продать СпейсХ. Они сейчас разрабатывают Старшип в котором куча швов. Так как он будет многоразовым то нужно будет делать много проверок. Маск помешан на снижении цены. Если ваш продукт будет лучше и дешевле то у вас будут хорошие шансы на продажу вашего продукта и разработку новых.

                                              +2
                                              Эх, снова политика. Расскажите кто-нибудь лучше как они создают ультразвук лазером, для меня оно звучит, мягко говоря, странно.
                                                +2
                                                Скорее всего испаряют микрограммы образца лазером модулированным по амплитуде с частотой ультразвука. Далее улавливают микрофоном сигнал и по отличиям с образцовой деталькой определяют дефекты, тип, координаты.
                                                  +3
                                                  Упрощённо, лазерный импульс — это переменное электромагнитное поле. Это поле взаимодействуя с веществом может вызывая ряд эффектов: локальный нагрев (приводящий к локальному расширению), генерацию электронно-дырочных пар в полупроводниках (в кремнии приводит к локальному сжатию), локальное сжатие световым давлением, стрикционные силы (изменение размеров под действием электрического или магнитного поля). Т.к. лазер используется импульсный, то эффект изменения размеров области облучаемого материала тоже изменяется во времени, что и приводит к возникновению акустических волн в материале.
                                                    0
                                                    Импульсное лазерное излучение поглощается в тонком слое специально подобранного материала («генератора»), который за счет неравномерного и нестационарного расширения испускает ультразвуковые волны.

                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                  Самое читаемое